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1.前言
隨著科技的進(jìn)步，中國智造2025的提出使工廠企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)型智能制造。在生產(chǎn)運(yùn)行中穩(wěn)定、可靠、安全是至關(guān)重要的。PLC以其運(yùn)算速度快、功耗小、性價比高等優(yōu)點(diǎn)，迅速擴(kuò)大自己的市場。PLC有的安裝在控制室內(nèi)，有的直接安裝在現(xiàn)場的設(shè)備中。設(shè)備周圍有很強(qiáng)的電路及其他的設(shè)備，比如變頻器，如此惡劣的電磁環(huán)境給PLC穩(wěn)定性及工程師預(yù)防都會造成極大的干擾。因此了解和預(yù)防干擾是有必要的，在此以最常遇見的模擬量波動為例。
2.為什么會有波動
工業(yè)設(shè)備中影響PLC模擬量的情況有多種，例如：
① 來自于設(shè)備或柜內(nèi)強(qiáng)電干擾。
② 布線、接地系統(tǒng)混亂產(chǎn)生干擾。
③ 來自信號線或電源線的干擾。
④ PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾。
它們大多是產(chǎn)生電流或電壓距離變化引起電荷劇烈移動產(chǎn)生了干擾。干擾可以分為共
模干擾和差模干擾。共模干擾是指干擾電壓在信號線及其回線幅度相同（參考電位一般為大地），干擾電流回路則是在導(dǎo)線與參考物體構(gòu)成的回路間流動（如圖一）。差模干擾是指干擾電壓在信號線與其回路（一般為信號的地線）之間，干擾電流回路則是在導(dǎo)線與參考物體構(gòu)成的回路中流動（如圖二）。在一般情況下，差模干擾幅度小、頻率低，造成干擾不明顯。共模干擾幅度大、頻率高，還可以通過導(dǎo)線產(chǎn)生輻射，所造成的干擾較大。所以，解決共模干擾是消除干擾的關(guān)鍵。
圖一 圖二
3.為什么用屏蔽
在安裝設(shè)備時經(jīng)常把很多線路一起放在線槽中，這樣雖然方便美觀。但是在信號傳輸時會受到別的電纜產(chǎn)生的電磁場噪聲源的影響。在遠(yuǎn)距離傳輸時更會受到不同設(shè)備的電磁干擾，如馬達(dá)、電源線等，射頻干擾如無線電、雷達(dá)等。解決這種問題最簡單的方法就是使用屏蔽線。
屏蔽線（如圖三）源于歐洲，在信號線外部使用金屬網(wǎng)狀編織層包裹起來的傳輸線，編織層一般為銅或鍍錫銅，利用金屬屏蔽層的反射、吸收及趨膚效應(yīng)實現(xiàn)防止電磁干擾及電磁輻射功能。使用屏蔽層接地，外來的干擾信號可被該層導(dǎo)入大地，避免干擾信號進(jìn)入內(nèi)層導(dǎo)體干擾，同時也降低傳輸信號的損耗。屏蔽分為主動屏蔽和被動屏蔽，主動屏蔽是為了防止噪聲源向往輻射；被動屏蔽是為了防止設(shè)備受到噪聲源的干擾。plc模擬量上主要運(yùn)用被動屏蔽。
圖三
屏蔽線的屏蔽層需要接地。接地分為單端接地和雙端接地，不能多點(diǎn)接地。多個的接地點(diǎn)會因為各接地的電壓不同，形成電位差產(chǎn)生感應(yīng)電流，反而產(chǎn)生干擾。雙端接地主要用于高頻，如編碼器等。一般對于模擬量使用單端接地，即一端接地另一端懸空。
4.為什么用隔離
在平時的安裝中很難把所有設(shè)備集中在一起，必不可免的要有長距離的安裝。分割兩地的設(shè)備和儀表之間的信號參考點(diǎn)存在電勢差，因而形成了接地環(huán)路（如圖四）造成信號的傳輸過程的失真。長距離的傳輸也不可避免的會有感性和容性的干擾。所以如何抑制公共接地、不明電磁對設(shè)備的干擾，是關(guān)鍵。
圖四 圖五
模擬信號隔離器，也叫做信號變送器（如圖五）。具有隔離、信號轉(zhuǎn)換、保護(hù)等作用。是工業(yè)中常用的方法。信號隔離器就是將變送器或儀表的信號，通過半導(dǎo)體器件調(diào)制變換，然后通過光感或磁感元件隔離轉(zhuǎn)換，然后再進(jìn)行解調(diào)變換回隔離前的原信號，同時對隔離后的信號的供電電源進(jìn)行隔離處理。保證變換后的信號、電源、地直接的絕對獨(dú)立。有效的解決了接地環(huán)路和設(shè)備的連接時底線參考點(diǎn)不同所造成的問題，也可以有效的去除線路在正常傳輸過程中可能受到電磁干擾的問題。
6.為什么共地
對于線路來說信號的“地”又稱參考地，是線路電壓的參考點(diǎn)，也是構(gòu)成信號回路的公共端。對于設(shè)備來說接地往往是考慮防雷和安全。所以保護(hù)地和參考地不能隨便共，必須做好分類。共地就是使信號源端與測量端電位相同，以此來抑制干擾。
當(dāng)使用一個自供電或隔離的傳感器電源和模擬量輸入模塊電源沒有彼此連接，即模擬量輸入模塊的電源地和傳感器信號地沒有連接時，這將會產(chǎn)生一個很高的上下震動的共模電壓，影響模擬量輸入的值。這時就需要把傳感器輸入的負(fù)端與模塊上的公共端的M端連接以補(bǔ)償此種波動（如圖六，左為四線制，右為兩線制）。
圖六
當(dāng)使用多個非隔離傳感器（不同的接地點(diǎn)）與隔離模塊連接時候，由于各個傳感器信號的負(fù)端都會有共模電壓，這時需要將各個信號的負(fù)端連接起來。在與非隔離模塊連接時還需要與模塊的M端相連接。
7.濾波的原理
對輸入信號進(jìn)行濾波也是常用的方法之一。在信號傳輸時模擬量信號出現(xiàn)波動太快，導(dǎo)致邏輯無法有效的響應(yīng)，就可以設(shè)置一個濾波器，求取輸入信號平均值，將一個平滑信號傳給邏輯程序。軟件上的濾波在系統(tǒng)塊→輸入濾波→模擬量（如圖七）。
圖七
使用軟件濾波要搞懂兩個概念，既采樣數(shù)和死區(qū)。采樣數(shù)顧名思義是指計算平均值的數(shù)值數(shù)目，PLC可設(shè)置為2指數(shù)倍增加最大到256，采樣數(shù)的增加會讓結(jié)果穩(wěn)定但是響應(yīng)變慢，反之則反之。但是在有些場合輸入值大幅改變，需要快速反應(yīng)就需要設(shè)置死區(qū)，死區(qū)范圍可設(shè)置為16-4080。死區(qū)是設(shè)定一個當(dāng)前平均值范圍（當(dāng)前平均值 ± 死區(qū)值）。當(dāng)新的值輸入在這個范圍內(nèi)，則繼續(xù)進(jìn)行平均值計算。如果新進(jìn)值超過這個范圍，不再進(jìn)行平均值計算，而是直接將這個值設(shè)置為平均值。這樣就使得在輸入信號大幅度改變時也有快速的響應(yīng)。死區(qū)值設(shè)定為0可以禁用死區(qū)，禁用后不論輸入值如何變化都只做求平均值計算。（注：不要對通過模擬量字中傳遞數(shù)字量信息或報警指示的模塊使用模擬量過濾。AS-i主站模塊、熱電偶模塊和 RTD 模塊要求禁止 CPU 模擬量輸入濾波功能。）。
濾波器就是一個算術(shù)平均濾波法，算術(shù)平均濾波法是對N個連續(xù)采樣值相加，然后取其算術(shù)平均值作為本次測量的濾波值。對濾除混雜在被測信號上的隨機(jī)干擾信號非常有效。除此之外還有很多濾波算法，如中位值濾波，中位值平均濾波，都需要自己編寫程序。
